Yak-7R

研发背景

通过在战斗机上使用新型喷气发动机来提高速度和爬升率有着巨大的前景。到 40 年代初，苏联已经对两类喷气发动机进行了飞行实验：冲压喷气发动机 (PVRD) 和 液体火箭发动机 (ZhRD)。

早在 1940 年，苏联就曾尝试在 I-152 和 I-153 战斗机上加装 DM-2 和 DM-4 冲压发动机，但由于这些双翼机本身的最大飞行速度过低，效果并不理想。DM-4S发动机设计于1941年，并于1942年初制造。最初，它们安装并在莫斯科第12航空防空大队的UTI-26-2训练战斗机原型机（Yak-1的双座教练型，实际上也是Yak-7研发过程中的”第三个方案”）上进行测试。但这次尝试未能成功，因为机翼下方的发动机悬挂使飞机的居中位置偏移得不可接受，且未采取任何防火措施（未加保护的油箱常因发动机振动而泄漏）。

DM-4S 发动机

随着战争爆发，研制飞行速度超过 800 公里/小时的拦截战斗机成为迫切需求。首架达到该速度的飞机是装备了 D-1A 液体火箭发动机的 BI-1。这类飞机的一个重大缺陷是飞行持续时间短，这是由于发动机极高的燃料消耗造成的。考虑到试验结果，设计局开发了Yak-7R拦截战斗机项目。

Yak-7R 的设计于 1942 年 8 月 27 日完成。由于缺乏性能可靠的批量生产冲压发动机，该项目未获实现。当时仅有用于 V.F. Bolkhovitinov 设计的 BI 喷气式飞机的 D-1A 液体火箭发动机。1944 年，在批量生产的Yak-7B 基础上建造了一架实验飞机，用于冲压发动机 DM-4S 的飞行试验。Yak-7B具有足够高的最大速度、良好的稳定性和操纵性，同时在空出的舱位中安装了监测动力装置运行的仪器，并配备了实验工程师的座位。测试于1944年在飞行研究所开始，使用Yak-7B M-105PF为载机，时间为1944年3月24日至12月12日。DM-4S首次启用飞行是在1944年5月15日。首席飞行员为 S.N. 阿诺欣（S.N. Anokhin）。

位于后驾驶舱的仪表盘

Yak-7家族

设计细节

挂载有DM-4S的Yak-7B

该项目采用了组合动力装置。它由一台 M-105PF 活塞发动机、一台 L.S. Dushkin 设计的 D-1A 液体火箭发动机和两台 I.A. Merkulov 设计的 DM-4S 冲压发动机组成。根据项目设计，活塞发动机应确保起飞并在中等速度下维持较长的飞行时间；冲压发动机作为助推器，用于短时间内提高最大飞行速度；而火箭发动机用于启动冲压发动机以及在追击和拦截空中目标时短时间使用。

DM-4S冲压发动机安装在 Yak-7B 的机翼下方，每个机翼各一台，使用机翼油箱中的汽油作为燃料。D-1A 使用煤油作为燃料，硝酸作为氧化剂。该飞机应在机翼内装有四个汽油箱（每侧机翼两个），座舱后部装有两个煤油箱和一个硝酸箱。由于采用了全新的动力装置，原有的螺旋桨、M-105PA 发动机、发动机支架、整流罩、油路和水路系统等均被拆除。Yak-7B 的原有动力组中仅保留了四个带管路的机翼燃油箱。尾轮改用金属滚轮代替橡胶充气轮胎。飞机的起飞重量为 2978 千克。

原发动机支架与机身连接的四个节点上悬挂了飞行员座舱，座舱由钢管框架外包铝合金板组成。驾驶舱的前移使飞机长度增加了 1.325 米。在原座舱位置安装了煤油箱和硝酸箱。

由于机身尾部安装了液体火箭发动机，方向舵底部被削减，顶部加高。垂直尾翼总高度增加了 0.042 米。武器同正常的Yak-7B，为座舱头部的两挺 UBS 机枪(备弹各200发)和一门20 mm ShVAK机炮（备弹120发）。

Yak-7B结构图例

1. 发动机排气管；2. 后舱转移机械师位；3. 蓄电池检修口；4. 方向舵控制索；5. RS-82 火箭弹；6. 水散热器；7. 机翼大梁；8. 油散热器；9. 发动机增压器进气口；10. 副翼操纵杆；11. 着陆灯（仅左侧）；12. 副翼铰链；13. 机械式燃油表；14. 机身骨架；15. 12.7 毫米 UBS 机枪；16. 20 毫米 ShVAK 机炮；17. 燃油箱；18. 襟翼；19. 防弹风挡和防弹头靠；20. 油箱口盖。

挂载有DM-4S的Yak-7B

评价及后续影响

DM-4S 的直径为 500 mm，长度为 2300 mm，质量为 45 kg。由于 DM-4S 的迎风阻力，在发动机不工作时，飞机的最大速度从无发动机时的 494 km/h下降到 460 km/h。在 DM-4S 工作时，最大速度增加到 513 km/h，即增加了 53 km/h，但这仅比原始的 Yak-7B 快了 19 km/h。据推测，若将燃油消耗量从 22 kg/min(两台DM-4S总耗油量)提高到 30 kg/min，并在飞行速度约为 600 km/h的战斗机上使用，DM-4S 辅助发动机将能提供 130 km/h的速度增量，且若安装在速度更快的飞机上，其应用效果将更加显著。DM-4S 的操作非常简便，飞行员在飞行中控制它几乎没有困难。它们能在最高 5000 m的高度和最大飞行速度下可靠启动，且支持空中多次关机和重启。

DM-4S 的总设计师 I.A. Merkulov 在试验报告中写道：“使用冲压发动机作为辅助动力能够产生显著的效果，使飞机保留螺旋桨动力组的所有优势，并同时拥有巨大的额外功率储备以增加最大速度。在具有约 600 km/h原始速度的战斗机上，辅助发动机将使其速度再增加 130 km/h。三分钟的运行足以追上敌人或摆脱追击……在Yak-7B 上安装辅助发动机非常简单，甚至在野战条件下也能完成，这使得为现有飞机群装备额外发动机成为可能。”

因此，这为苏联空军在应对突发情况时创造了技术储备。曾计划在 Yak-1 上安装冲压发动机，预计可在 10 分钟内增加 100 km/h的速度，但该项目未获实现。由于战争结束以及随后出现的涡轮喷气发动机（TRD）在推力方面优于冲压发动机，冲压发动机几乎未被实际使用。

虽然Yak-7R并未实际生产出来，但雅克设计局在该机上原则上解决了与飞机安装喷气和火箭发动机相关的系列问题。研发 Yak-7R 的经验随后被用于研制 Yak-3RD。试验结果在战后年份被用于开发涡轮喷气发动机的加力燃烧室。1946年，I.A.梅尔库洛夫为La-156战斗机制造了世界上第一台带有加力燃烧室的涡轮喷气发动机，该发动机本质上是将RD-10涡轮喷气发动机和冲压喷气发动机连续安装的组合。而在飞行器上使用组合动力装置的想法在随后的年份，特别是在开发空天飞机时得到了进一步发展（T：原报刊文章如此描述，什么生拉硬套）。

资料来源

• ВЕЛИКОЛЕПНАЯ СЕМЕРКА, Самолеты мира, 1995, 02;
• Як-7, Крылья Родины, 1988, 5;
• В.Б. Шавров, “История конструкций самолетов в СССР,1938-1950гг.”;